Nature Methods | 李毓龍實(shí)驗(yàn)室合作實(shí)現(xiàn)新型紅色熒光多巴胺探針和第二代綠色熒光多巴胺探針的開發(fā)及應(yīng)用
多巴胺（Dopamine, DA）作為大腦中重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)、記憶、情緒等生理過程，以及多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病如帕金森病、成癮、精神分裂癥、多動(dòng)癥和創(chuàng)傷后壓力綜合征等密切相關(guān)。為更好地研究多巴胺在生理和病理過程中的作用，研究人員需要一種能夠?qū)崟r(shí)、靈敏、特異地檢測(cè)多巴胺的工具，以研究在活體模式生物中、復(fù)雜行為模式下多巴胺信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化情況。自2018年起，北京大學(xué)李毓龍實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一系列檢測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)的熒光探針，即GRAB探針系列，其中即包括多巴胺探針（GRABDA）。該探針克服了已有多巴胺檢測(cè)手段中時(shí)空分辨率低、分子特異性差等諸多問題，已被廣泛地應(yīng)用于活體果蠅、小鼠、斑馬魚、斑馬雀等模式生物 [1-4]。
2020年10月22日，北京大學(xué)李毓龍實(shí)驗(yàn)室、紐約大學(xué)Dayu Lin實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院Guohong Cui實(shí)驗(yàn)室合作在Nature Methods雜志在線發(fā)表了題為“Next-generation GRAB sensors for monitoring dopaminergic activity in vivo”的研究論文，報(bào)告了新型紅色熒光多巴胺探針和第二代綠色熒光多巴胺探針的開發(fā)及應(yīng)用。
研究者在發(fā)表的第一代探針的基礎(chǔ)上，對(duì)多巴胺探針進(jìn)行了進(jìn)一步的改造和優(yōu)化。本工作的亮點(diǎn)之一為開發(fā)出新型的具有紅色熒光的多巴胺探針（rGRABDA1m和rGRABDA1h），可與其他綠色熒光探針（如鈣離子探針，神經(jīng)遞質(zhì)探針等）共同使用，實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的同時(shí)記錄。工作亮點(diǎn)之二為優(yōu)化出具有更高靈敏度及成像信噪比的第二代綠色熒光多巴胺探針（GRABDA2m和GRABDA2h）（圖1），其較第一代探針在反應(yīng)幅度上提升了2-3倍。
針對(duì)新一代多巴胺探針，研究者在細(xì)胞、腦片、果蠅（圖2）、小鼠（圖3）中對(duì)其表現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)地刻畫，并通過一系列對(duì)照實(shí)驗(yàn)對(duì)探針信號(hào)的特異性進(jìn)行了驗(yàn)證，為該工具的未來應(yīng)用提供了詳盡的信息。應(yīng)用新一代靈敏的多巴胺探針，研究者在清醒的、自由活動(dòng)的動(dòng)物深部腦區(qū)中記錄了多巴胺的動(dòng)態(tài)變化，并研究了多巴胺隨著動(dòng)物不同精細(xì)行為過程發(fā)展而產(chǎn)生的變化（圖3）。
圖1. 新型紅色熒光多巴胺探針和第二代綠色熒光多巴胺探針在HEK293T細(xì)胞中的熒光響應(yīng)情況
圖2. 通過雙光子成像法檢測(cè)果蠅大腦中由氣味刺激和電刺激引發(fā)的多巴胺釋放
圖3. 通過光纖記錄法檢測(cè)小鼠交配行為中NAc腦區(qū)的多巴胺動(dòng)態(tài)變化情況
這些新型多巴胺探針不僅為多巴胺功能的研究提供了重要工具，也為將來開發(fā)具有多種光譜范圍以及更高信噪比的神經(jīng)遞質(zhì)探針提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。“基于G蛋白偶聯(lián)受體”這一探針開發(fā)策略已被成功應(yīng)用于開發(fā)多種神經(jīng)遞質(zhì)探針，包括乙酰膽堿探針 [5,6]、去甲腎上腺素探針 [7]、腺苷探針 [8]、五羥色胺探針 [9]、內(nèi)源大麻素探針[10]、美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校Lin Tian實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的多巴胺探針等 [11,12]。我們期待未來將會(huì)有更多具有更高信噪比、多種光譜范圍的神經(jīng)遞質(zhì)探針，推進(jìn)大腦神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)功能的研究。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41592-020-00981-9
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